DISEÑO DE PAVIMENTO FLEXIBLE Y RIGIDO MEDIANTE EL PROGRAMA DIPAV 2.3 El software DIPAV 2.3, desarrollado por el IBCH ha sido mejorado y ampliado para contemplar además del diseño de pavimentos nuevos tanto rígidos como flexibles, el diseño de sobre carpetas en pavimentos existentes. El programa contiene las ecuaciones para el cálculo de Ejes Equivalentes, facilitando su cálculo sin necesidad de tablas, también es posible calcular los módulos resilientes y de reacción de la sub rasante estacionales. En la alternativa de pavimento rígido, se consideran el cálculo de espesor de losa, diseño de barras de amarre y reservorio de juntas. En la alternativa de pavimento flexible, el programa calcula el número estructural, con verificación por capas y también permite especificar espesores. En ambos casos se tiene la opción de generar gráficos de sensibilidad a todas las variables de diseño en función al espesor de losa o número estructural del asfalto. En esta nueva versión, para el diseño de sobre carpetas car petas es posible utilizar datos d atos del deflectómetro de impacto para conocer las propiedades del suelo y de las distintas capas constitutivas de un pavimento existente, con la finalidad de diseñar los diferentes tipos de sobre carpetas que se presentan a continuación
Concreto Asfáltico sobre Concreto Asfáltico
Concreto Asfáltico sobre Pavimento de Hormigón Previamente Fracturado
Concreto Asfáltico sobre Pavimento de Hormigón Concreto Asfáltico sobre Pavimento Asfalto/Hormigón
Pavimento de Hormigón adherido a Pavimento de Hormigón
Pavimento de Hormigón no adherido a Pavimento de Hormigón
Pavimento de Hormigón sobre Concreto Asfáltico´
DIPAV 2.3 al igual que su antecesor se basa en los conceptos de la Guía de diseño AASHTO versión versión 1993 por lo que la parte de cálculos y ecuaciones del programa son las mismas que las utilizadas en la primera versión de DIPAV.
1. DISEÑO DE UN PAVIMENTO FLEXIBLE Introducción de datos
Serviciabilidad Inicial
La serviciabilidad inicial (po) es una medida de la suavidad del pavimento o facilidad de conducción inmediatamente después de la construcción. Tiene un rango en una escala de 0 a 5. El promedio de serviciabilidad inicial para pavimentos flexibles en el Ensayo de Carreteras de la AASHO fue 4.2, el cual es normalmente utilizado en los diseños de pavimentos flexibles nuevos. Po = 4.2
Serviciabilidad Final Pf = 2.5
La Serviciabilidad Final (Pt) es el índice de servicio mínimo aceptable del pavimento, antes de que requiera una rehabilitación. En contraste con la serviciabilidad inicial que se mide en base a los registros de construcción, la serviciabilidad final o termi nal es una función de muchos factores, incluyendo clasificación del pavimento, volumen de tráfico y ubicación. Generalmente las vías de mayor tráfico requieren estar en mejores condiciones antes de rehabilitarse que los caminos vecinales de baja velocidad. Los valores típicos de serviciabilidad final recomendados por la Guía AASHTO en la Parte 1, sección 1.3 están entre 2 y 3, el primero para vías poco transitadas y el último para carreteras importantes. En el AASHO Road Test, se consideró que el nivel de deterioro que indicaba la falla del pavimento se daba con una serviciabilidad final de 1.5, valor que no debería alcanzarse al final de la vida de diseño a menos de que se trate de un caso muy especial en el que puede aceptarse un elevado nivel de deterioro al final de su vida útil. Pf = 2.5
Sub rasante CBR 6%
Módulo resiliente
El módulo resiliente (Mr), es la propiedad del material usado para representar las características de soporte del suelo natural en el diseño de pavimentos flexibles. En términos generales, es una medida de la deformación del suelo en respuesta a aplicaciones (cíclicas) de cargas mucho menores que la carga de falla.
Mr en psi y CBR en %, para suelos finos con CBR menor a 12% 0.64
Mr = 17.6 x CBR 0.
= 17.6 ∗ 6
= 55.4
Confiabilidad 90%: El 10 % del pavimento se deteriora.
Es la probabilidad de que el pavimento sobreviva a su período de diseño, dicho de una manera sencilla, es la probabilidad estadística de que las secciones de pavimento se encuentren operables al final de la vida útil prevista. Este concepto se encuentra desarrollado ampliamente en el capítulo de pavimentos rígidos.
Desviación Estándar:
Asociado al tráfico, dos tipos de ellos, uno que hacemos un aforo sin error y otro un tráfico con errores debido a que se hace el conteo en un corto tiempo el mismo será proyectado a un tiempo mayor. La AASHTO recomienda para un tráfico con error los valores de: 0.44 Pavimento Flexible 0.34 Pavimento Rígido
Número de ejes equivalentes ESALs
El valor puede ser introducido directamente, si se conoce, o puede ser calculado a partir de datos de tráfico. Para calcular los ESALs, presione el botón secundario de tráfico que está al lado del cuadro de introducción de datos alternativamente seleccione la pestaña Tráfico y ejes equivalentes.
"ESALs" .
"Calcular ESALs" ,
o
Se detallan estos conceptos en
Periodo de diseño 10 años Número de vehículos = 13 Número estructural asumido = 4”
Pero para el ejemplo usaremos ESALs de 7,000,000
Numero de etapas de construcción = 1
Número estructural
El número estructural (SN por sus siglas en inglés) es un valor originalmente concebido como adimensional, que representa la capacidad requerida por un pavimento flexible para soportar las cargas impuestas por el tráfico y bajo las condiciones que expresan los datos de diseño. El valor no tiene un significado físico, tratándose más bien de una medida relativa de comparación. El número estructural requerido, se calcula mediante todos los datos arriba expuestos y posteriormente se relaciona con los espesores y capacidad estructural de las diferentes capas que componen el "paquete estructural".
Diseño de espesor de capas El Método de Diseño con Verificación por Capas, se basa en el concepto de que las capas granulares no tratadas deben estar protegidas de las tensiones verticales excesivas que pueden producir deformaciones permanentes. DIPAV resuelve la ecuación de AASHTO para cada capa no tratada en función del módulo resiliente de la capa situada por debajo de la que se quiere determinar su espesor.
2. DISEÑO DE PAVIMENTO RIGIDO Introducción de datos
Serviciabilidad inicial Po = 4.5
La serviciabilidad tiene un rango en una escala de 0 a 5. El valor 5 representa un pavimento perfectamente suave, y 0 sería un pavimento por el cual no se puede circular. Ambos extremos no tienen un uso práctico. En este sentido, la escala representa distintos niveles de la calidad de rodadura de la vía. En la mayoría de los casos, la serviciabilidad inicial de un pavimento nuevo debería estar por encima de 4.0. El promedio de serviciabilidad inicial para pavimentos rígidos en el Ensayo de Carreteras de la AASHO fue 4.5, valor que es comúnmente utilizado para el diseño de pavimentos rígidos carreteros nuevos. El valor medido para pavimentos asfálticos fue de 4.2, En ausencia de valores medidos de diseño, es posible usar éstos para el diseño de pavimentos nuevos.
Serviciabilidad final Pf = 2.5
La Serviciabilidad Final (Pt) es el índice de servicio mínimo aceptable del pavimento, antes de que requiera una rehabilitación. En contraste con la serviciabilidad inicial que se mide en base a los registros de construcción, la serviciabilidad final o termi nal
es una función de muchos factores, incluyendo clasificación del pavimento, volumen de tráfico y ubicación. Generalmente las vías de mayor tráfico requieren estar en mejores condiciones antes de rehabilitarse que los caminos vecinales de baja velocidad. Los valores típicos de serviciabilidad final recomendados por la Guía AASHTO en la Parte 1, sección 1.3 están entre 2 y 3, el primero para vías poco transitadas y el último para carreteras importantes.
Módulo de rotura del hormigón S’c = 4.5 MPa
Módulo de elasticidad del hormigón E = 26000 MPa
Coeficiente de transferencia de cargas
Suponiendo una berma de asfalto J = 3.2 El concepto de transferencia de cargas en las juntas transversales, se refiere a la capacidad de una losa de transferir una parte de su carga a la losa vecina. De este modo, una losa con el 100% de transferencia de carga será aquella que transfiera la mitad de su carga a la losa vecina, reduciendo por tanto sus tensiones de borde. Para lograr una efectiva transferencia de cargas en sentido longitudinal, para tráficos pesados, especialmente en carreteras, se debe usar barras pasajuntas en todas las juntas transversales. En caso de no usarlas, lo cual es común en pavimentos urbanos de tráfico liviano, el sistema constructivo de vaciar todas las losas en una sola franja permite que se desarrolle una fricción entre agregados gruesos en la zona de contacto en las juntas, para lo cual se recomienda espaciamientos de juntas no muy grandes a fin de reducir la apertura entre las juntas, mejorando este tipo de transferencia de cargas al tener los agregados un mayor contacto.
Por otra parte, la capacidad de transferencia de cargas en el sentido transversal tiene una importante influencia desde el punto de vista del diseño, de manera que en sentido transversal, el uso de bermas de hormigón atadas, o sobreanchos (losas con parte de la berma maciza incorporada), tiene un efecto positivo en la reducción de esfuerzos en las losas. De acuerdo con estudios de deflexión elaborados por la American Concrete Pavement Association (ACPA), si se carga una losa sin barras pasajuntas en una esquina, se producirá una deflexión 5 veces mayor que si la carga se colocara en el centro de la losa. Esta misma deflexión sería 3 veces mayor si la esquina estuviera vinculada con la losa adyacente mediante barras pasajuntas. Este estudio muestra la importancia de utilizar sobreanchos y barras pasajuntas para tráficos pesados puesto que puede reducirse notablemente los esfuerzos de tensión en bordes y esquinas o bien optimizar el diseño reduciendo los espesores de diseño. Como se ha indicado, el desempeño de un pavimento mejora con la adición de barras pasajuntas y sobreanchos, factores que se toman en cuenta en el diseño a través del "coeficiente de transferencia de carga (J)" que permite considerar el apoyo lateral provisto en las esquinas de la losa; los dispositivos de transferencia de cargas; interacción de agregados, y la presencia de bermas de hormigón vinculadas. Coeficientes de transferencia de carga más altos corresponden a menor soporte.
Modulo efectivo de reacción de la sub rasante 212 kPa/m
Puesto que las cargas son transmitidas al suelo de subrasante, las características de soporte del mismo son fundamentales para un adecuado diseño de pavimento rígido. El módulo efectivo de reacción de la subrasante (k), es la medida del soporte provisto para la losa de hormigón por las capas inferiores. Se denomina módulo efectivo de reacción de la subrasante porque considera el soporte provisto por todas
las capas subyacentes: Base, subbase (si existiera) y subrasante, además de los cambios estacionales debido a la temperatura y humedad.
Confiabilidad 90%
Desviación estándar 0.39
ESALs 7,000,000
Barras Pasajuntas
Para transmitir las cargas de una losa a otra. Se debe utilizar barras de acero liso para que la transferencia de cargas entre losa y losa sea buena. Si utilizáramos barras de acero corrugado no se permitiría la transferencia de cargas, ya que el acero amarra a las losas, produciendo una concentración de esfuerzos que se traduce en el deterioro del pavimento.
Barras de amarre
Las barras deben ser de acero corrugado, porque la función no es de transferir cargas es de amarrar las losas para que estas no se separen cuando los vehículos transitan.
Reservorio de Juntas
Se debe proteger las juntas con sello, ya sea de silicona o un sello de asfalto. Cuando se inducen las fisuras se forman cuadriculas, estas tienen una expansión y una deformación debido a los efectos del clima, el trefico; es por eso que el hormigón siempre está expandiéndose o contrayéndose. Esta en función al tipo de agregado para el hormigón. El rango de temperatura debe estar en 30°C.
El hormigón en temperatura ambiente tiende a evaporar la humedad, esta le producirá una retracción del hormigón, para evitar eso el coeficiente de retracción al secado será de 0.00045.
